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Centre d'agriculture biologique du Canada

Faculty of Agriculture

Activité C.7

Faisabilité de l’utilisation de la géothermie comme source de chauffage et de contrôle de l’humidité pour une production biologique de tomates en serre

Objectifs

L’objectif général de la présente activité de recherche est d’évaluer la faisabilité économique et la performance d’une serre semi-fermée sous les conditions nordiques de l’est du Canada par l’utilisation de la géothermie et d’échangeurs de chaleur. Ce concept innovateur permettrait de:

  • Obtenir un contrôle optimal de la température et de l’humidité dans la serre tout au long de la saison de production;
  • Accroître la concentration en CO2 dans la serre durant la période de forte radiation solaire et par conséquent les rendements en fruits;
  • Réduire l’utilisation d’énergie fossile et accroître l’efficacité d’utilisation de l’énergie (EUE) de la culture;
  • Réduire l’empreinte environnementale reliée à la production en serre.

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La production de culture en serre est un secteur important de l’industrie agricole canadienne atteignant une valeur à la ferme de 2,3 milliards de dollars pour une surface en serre totale d’environ 2000 hectares.  Cependant, cette industrie hautement intense en consommation d’énergie a consommé plus de 40 PJ d’énergie fossile (260 milliards, 12% de l’énergie totale utilisée par l’industrie agricole, Statistique Canada 2005) et relâché environ 2 millions de tonnes de CO2 et d’autres polluants de l’air dans l’atmosphère. L’énergie est principalement utilisée pour contrôler la température, réduire l’humidité de l’air, augmenter l’intensité lumineuse et l’apport en CO2. Depuis la hausse importante des coûts de l’énergie au cours des dernières années, les dépenses en énergie sont devenues la composante majeure du coût de production en serre (20%-40%), réduisant la profitabilité et menaçant sérieusement la viabilité de la serriculture.

Au cours des dix dernières années, diverses stratégies ont été élaborées pour réduire l’utilisation d’énergie fossile et améliorer l’efficacité d’utilisation de l’énergie (EUE) des cultures en serre : nouveaux matériaux de recouvrement et nouvelles structures de serre; meilleure isolation de la serre;  écran thermique; meilleur positionnement des réseaux de distribution de chaleur; contrôle informatisé de la température basé sur des mesures plus précises du microclimat de la culture; intégration de la température sur plusieurs jours; recours à des sources d’énergie alternatives telles que le solaire, la biomasse, les biogaz et l’énergie éolienne. La revue de la littérature a clairement démontré que l’utilisation de l’énergie géothermique pour la production en serre, tout comme les développements récents sur les serres fermées ou semi-fermées, peuvent contribuer à réduire substantiellement l’empreinte environnementale liée à cette industrie, et augmenter la compétitivité canadienne par la réduction de la consommation énergétique. Au Canada, la production en serre de légumes biologiques cultivés en sol génère de hauts niveaux d’humidité au cours de la saison froide à cause de l’importante évaporation d’eau depuis le sol.  Par conséquent, les coûts énergétiques liés au contrôle de l’humidité de l’air sont plus élevés pour les producteurs biologiques que pour les producteurs conventionnels cultivant hors sol.

Même si quelques systèmes géothermiques ont été récemment installés dans des serres, il y a peu de connaissances sur la performance réelle de ces systèmes sur une base annuelle.  Étant donné le manque d’expertise spécifique au secteur serricole, la plupart des systèmes géothermiques ne sont pas optimaux en termes de design, de surface d’échange, de circulation et de température de l’air. La distribution de chaleur et le contrôle de l’humidité dans une serre en culture biologique sont aussi des paramètres à optimiser. Le principal objectif de cette activité est d’étudier l’efficacité de l’utilisation d’un échangeur de chaleur ouvert eau/air (rideau de gouttelettes d’eau) et d’un système géothermique pour contrôler l’humidité et la température de l’air. Ce système permettra alors la fermeture ou la semi-fermeture de la serre pour augmenter l’EUE par le biais d’une teneur plus élevée en CO2 pendant les périodes de pointe en ensoleillement (un meilleur rendement), de prévenir les pertes de chaleur qui surviennent lors de l’aération pour déshumidifier la serre (économie d’énergie), de protéger les plants contre les maladies et les insectes nuisibles provenant de l’extérieur (meilleur rendement), et de chauffer et refroidir les cultures avec des échangeurs de chaleur (économie d’énergie).  

Plus spécifiquement, les objectifs de ce projet sont de

  1. Réduire par l’utilisation de l’énergie géothermique l’empreinte environnementale liée à la production biologique en serre
  2. Évaluer l’impact des serres semi-fermées sur le niveau de CO2, le déficit de pression de vapeur (DPV) et la performance des plants (croissance et rendement)
  3. Étudier l’effet de l’utilisation d’un échangeur de chaleur ouvert eau/air (rideau de gouttelettes d’eau) pour contrôler la température et l’humidité
  4. Évaluer les aspects économiques liés aux deux technologies pour une serre fermée ou semi-fermée de production biologique en sol.

Les expériences seront menées dans deux serres pilotes commerciales pour assurer un transfert technologique immédiat et adapter ce système durable de production biologique au contexte commercial de production.

Sur le premier emplacement commercial, l’Abri végétal (2000 m2), un système géothermique a été installé récemment, fournissant 220kWh et un coefficient de performance théorique de 4.0. L’établissement de l’efficacité réelle du système sera abordé au cours de la première année dans le but d’améliorer la performance au cours des années qui suivront. Aux Serres Jardin-nature, l’un des leaders en production en sol de tomates biologiques en Amérique du Nord ayant aussi établi sa propre division de recherche et développement,  un système novateur utilisant la chaleur d’une nappe d’eau voisine (2 m de profondeur) combinée à un rideau de gouttelettes d’eau sera développé et validé pendant trois saisons de production. Cette entreprise a recherché, depuis son démarrage, des moyens de réduire son impact sur l’environnement par le choix des systèmes de chauffage qu’elle utilise ou par la gestion de la fertilisation et de l’irrigation. Étant de nature proactive, elle a d’abord utilisé l’énergie résiduelle provenant d’une usine voisine de pâtes et papier, et depuis 2005, elle comble ses besoins en chauffage par la combustion de biomasse. Fidèle à sa vision, elle explore aujourd’hui d’autres moyens de réduire son impact environnemental.  À ces technologies sont liés des avantages économiques comme une baisse du coût d’opération, la pérennité, et la flexibilité tout autant que la durabilité. Les résultats de cette activité détermineront si la production en serres fermées ou semi-fermées sous des conditions de production canadiennes peut permettre d’économiser l’énergie, réduire les gaz à effet de serre et augmenter la productivité des cultures biologiques en serre.

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